摘要：設計和實現了好氧曝氣系統無人值守控制系統，該系統應用PLC控制器和EMCP物聯網云平臺，實現運行數據的遠程監控，提高曝氣系統的自動化和安全防護水平，節約人力成本。形成填埋場治理大數據，為工藝和節能優化提供數據支撐。

　　關鍵詞：好氧曝氣;無人值守;云平臺;大數據

　　0引言

　　隨著城市化進程的加快，我國城市生活垃圾產量增長越來越快。在過去，由于受經濟發展水平的制約，許多城市垃圾填埋場未采取有效的防護措施，生活垃圾在非控制的自然降解過程中，產生的廢氣、廢水和廢渣污染了周圍的空氣、地上、地下水和土壤。通過好氧曝氣及其他治理手段，使生態修復治理達標，實現污染土地價值的再生和深度利用，提升周邊土地的利用價值。由于垃圾填埋場位置分散偏僻且好氧曝氣系統噪音較大，利用物聯網和云平臺技術，遠程監控好氧曝氣系統，實現無人值守，既節約人力成本，又提高人員和設備安全。

　　1好氧曝氣原理

　　利用設備向垃圾填埋場中注入空氣，將垃圾填埋場變為一個生物反應器整體，建立符合微生物生長的環境，利用微生物的作用，加速垃圾中可降解有機物的分解，縮短填埋場的填埋時間。由于垃圾填埋場中的垃圾具有不均一性，好氧降解的反應過程比較復雜，好氧降解期間排出的垃圾填埋氣體主要成分是二氧化碳、過量的氧氣和少量的甲烷，同時還有少量的可揮發有機物排出[1]。

　　2好氧曝氣系統組成

　　2.1抽氣、注氣系統

　　抽氣、注氣系統,注氣系統由曝氣羅茨風機及管道組成，向填埋場垃圾堆體注入新鮮空氣。抽氣系統包括排風羅茨風機、空氣管道和光催化除臭單元，將有機物好氧生物反應產生的氣體排出，保證新鮮空氣持續注入，同時避免甲烷等可燃氣體聚集，保證堆體安全。運行中，通過各管路閥門開閉，轉換堆體管道功能，即抽氣可以用作注氣，注氣可以用作抽氣。1號蝶閥和2號蝶閥為放空閥，排風風機和曝氣風機啟動前，開啟1號蝶閥和2號蝶閥，減小風機啟動負載，減少對柴油發電機的負荷沖擊。正循環時3號蝶閥和4號蝶閥開啟，新鮮空氣由注氣井進入垃圾堆體，廢氣由抽氣井排出。反循環時5號蝶閥和6號蝶閥開啟，新鮮空氣由抽氣井進入垃圾堆體，廢氣由注氣井排出。廢氣通過光電除臭單元消除氣體中有害物質，達標排放。

　　2.2電氣與控制系統

　　垃圾填埋場位置偏僻，好氧曝氣持續半年左右，結合新建輸電線路造價和柴油發電成本，供電電源選擇柴油發電機。由于柴油發電機啟動和停機階段，發電電壓無法滿足電氣設備運行要求，所以采用智能斷路器，柴油發電機供電質量合格時，向配電系統供電。羅茨風機是主要的用電設備，采用變頻器控制，曝氣和排風風量可調。由于曝氣設備為間接性運行，發電機供電為間斷性的，為保證PLC的連續穩定供電，PLC柜使用UPS供電[2]。

　　控制器采用西門子S7-1200系列PLC，人機界面采用KTP1200精簡面板。為提高自動化水平，實現無人值守，控制器PLC與變頻器采用Profinet通信協議實現通信，不僅采集電流、運行頻率等參數，而且將變頻器的詳細故障信號采集至PLC，通過無線數據網關推送，實現遠程故障診斷。此外，控制器PLC與UPS采用RS232通信，采集UPS電壓、剩余容量。柴油發電機接收PLC運行信號(DO)后啟動，待電壓穩定，向PLC發送發電正常信號。此時，智能斷路器接收PLC合閘信號(DO)，自動閉合。

　　3好氧曝氣工藝要求與實現

　　3.1好氧曝氣工藝要求

　　抽注氣井功能對換，可以強化好氧反應效果，保證垃圾中含氧均勻、提高氧氣的覆蓋率、有助于垃圾處理區保持最佳的好氧反應狀態、消除垃圾中有機物曝氧的死角、使垃圾中有機物獲得充分而迅速的降解[3]。同時為了降低能耗，在正循環曝氣和反循環曝氣完成后，曝氣設備及柴油發電機停機，垃圾堆體內殘余氧氣供給好氧反應。設備控制方式分為就地和遠程，遠程控制方式下，又分為手動和全自動控制方式。

　　手動模式時，操作人員通過人機界面控制設備啟停。全自動模式時，PLC自動控制所有設備的啟停。曝氣流程啟動后，首先啟動發電機，直到收到發電正常信號，控制智能斷路器閉合，向電氣設備供電。如果供電異常，則停止曝氣流程，推送故障信息，等待檢修。供電正常則開始正循環曝氣，曝氣結束進入停機流程，曝氣風機、排氣風機停機，蝶閥關閉后，斷開智能斷路器，停止柴油發電機，進入停機延遲狀態。停機延遲時間根據垃圾堆體的壓實度、氣體傳輸效果和UPS供電時間(沒有市電接入的情況下，保證PLC連續工作)等因素設定。停機延遲時間到達后，開始反循環曝氣。反循環曝氣與正循環曝氣流程類似，反循環曝氣結束后重新進入停機流程，停機延遲時間到達后，一次好氧曝氣流程完成，系統自動進入下次好氧曝氣流程。

　　3.2無人值守功能實現

　　保證設備安全穩定運行是無人值守的前提。PLC采集影響設備安全的故障信息，結合工藝專業和設備廠家意見，確定故障影響和處理流程。按照故障嚴重程度，PLC處理方式有報警、降速運行、系統停機。故障處理流程如表1所示。無人值守控制系統新增DTU模塊和天線，DTU模塊通信采集PLC數據，通過聯通網絡加密傳輸至EMCP物聯網云平臺，實現電腦Web網頁、手機APP和微信對曝氣系統的遠程監視。DTU是用于EMCP物聯網云平臺連接下位設備所用的GPRS網關，DTU利用GPRS網絡實現Modbus數據自動采集和傳輸，配置參數靈活，運行安全穩定適合于惡劣的工業現場。

　　EMCP是一個工業級綜合性物聯網云平臺，支持多用戶、跨行業、跨設備無縫接入。EMCP物聯網云平臺是由多臺服務器構建的服務器集群。數據采用加密方式進行傳送，平臺用戶有著嚴格權限管理，避免數據被他人獲取。應用層采用了動靜分離、負載均衡、集群等技術，保證在高并發、大訪問量情況下服務穩定運行。同時數據庫采用了貯備構架，系統會自動進行數據備份，并且做了同城容災及異地容災等處理，保證存儲數據安全。利用云平臺數據存儲功能，將壓力，流量、新風含氧量、排氣含氧量、甲烷、溫度數據定時存儲，形成填埋場治理大數據。利用大數據分析結果，不斷優化工藝管線布置和曝氣時間，結合變頻器自動調節風機工況，以達到節能降耗的目的。

　　4結束語

　　利用PLC控制技術，提高好氧曝氣系統的自動化水平。同時結合物聯網、云平臺技術，遠程監控好氧曝氣系統，實現無人值守。本套系統已在填埋場治理工程中投入使用，取得顯著效果。

　　參考文獻

　　[1]李瑞成.簡易生活垃圾填埋場污染的控制[J].環境工程,2010(6):59-62.

　　[2]朱遠超.準好氧填埋技術在非正規垃圾填埋場治理中的應用[J].環境衛生工程,2014(6):48-50.

　　[3]屈志紅,邢軍,郭靜.城市非正規垃圾填埋場環保治理技術：抽氣輸氧曝氣法[J].城市管理技術,2009(1):54-55.

　　環境方向論文投稿刊物：《環境工程技術學報》辦刊宗旨：追蹤國內外環境工程技術的創新性研究成果，報道環境工程及實用技術應用的先進典型案例，關注環保產業最新政策和行業熱點問題，推動環境工程新技術、新成果的轉化應用，促進我國環境工程技術水平提升。